1.一种考虑速度传感器失效的无人潜航器轨迹跟踪控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、建立无人潜航器水面航行数学模型，设定期望轨迹数学模型；

S2、设计基于位置信号的速度向量观测器，在此基础上设计纵向力矩和横向力矩方向上的干扰观测器，并通过Lyapunov定理验证其有效性；

S3、基于实时位置误差，设计纵向速度和横向速度的虚拟控制律，在虚拟控制律的基础上导入指令滤波器对虚拟控制律的幅值及速度进行约束，并解决求取实际控制律时需要对虚拟控制律进行高阶求导产生计算复杂度增加问题，并通过Lyapunov定理验证其有效性；

S4、基于虚拟控制律及指令滤波器的输出值设计无人潜航器轨迹跟踪滑模控制器，同时基于干扰观测器所观察到的系统扰动估计值对纵向力矩和横向力矩的扰动进行补偿，并通过Lyapunov定理验证其有效性；

S5、仿真验证所提出方法的有效性；

所述的S1中，建立运动学和动力学模型为：T

式中，η＝[x,y,ψ] ，x,y表示无人潜航器运动位置矢量，ψ∈[0,2π]表示艏向角，J(ψ)是北东坐标系与附体坐标系的转换矩阵， 表示附体坐标系下无人潜航器运动的速度向量，u、v、r分别表示纵荡、横荡、艏摇速度； 表示包含附加质量的惯T

性矩阵， 表示斜对称矩阵， 表示阻尼矩阵，τ＝[τu,τv,τr]表示力矩T

控制输入向量，τu、τv、τr分别表示纵荡、横荡、艏摇控制力，τd＝[τdu,τdv,τdr]系统扰动力矩向量，τdu、τdv、τdr分别表示纵荡、横荡、艏摇方向上的扰动力矩；

所述的S2中，首先设计基于位置信号的速度向量观测器，由于速度向量 不可测量，因此消除模型中带有速度向量 的 项，导入变量矩阵

3×3

式中，H(η) 为速度向量 到 的映射矩阵；

对式(2)求导，得：

为了消除式(3)中带有速度向量 的项，导入变量Y：于是有：

进而设计速度观测器为：

式中， 为观测器对η、P的观测值，K1、K2为增益设计矩阵， 为观测器的观测误差；

在设计速度观测器基础上，对于未知扰动部分设计扰动观测器，对纵荡及艏摇方向的扰动进行在线估计，根据式(5)得：式中， 为扰动观测器对系统未建模部分及内外部未知扰动τd的观测值，

3×3

K0∈R 为由正定参数组成的设计矩阵；

在实际 情况中 ， 无法通过观测值 直接获得 ，因此导入辅助变量进而设计扰动观测器为：

式中， 为扰动观测器对系统未建模部分及内外部未知扰动τd的观测值，

3×3

K0∈R 为由正定参数组成的设计矩阵；

所述的S3中，基于实时位置误差，设计纵向速度和横向速度的虚拟控制律；首先，定义实际位置与期望轨迹位置之间的误差为：式中，xd为期望轨迹的横坐标，yd为期望轨迹的纵坐标，x为实际跟踪位置的横坐标，y为实际跟踪位置的纵坐标；

对式(9)进行求导，并结合无人潜航器运动学和动力学模型式(1)得：为了使位置跟踪误差收敛于零，设计纵向虚拟控制律aud和横向虚拟率avd为：式中， 其中，k＞0，c＞0为设计常数；

为防止虚拟控制的输出超出无人潜航器推进器所能提供力矩的最大值，并解决在求取实际控制律的过程中需要对虚拟控制律高阶求导而产生计算复杂度增加问题，使用指令滤波器对虚拟控制律的速度和幅值进行限制，需要将纵向虚拟控制律aud和横向虚拟率avd作为指令滤波器的输入，指令滤波器的输出 及 用于实际控制律的求取；

所述的S4中，设计纵向推力控制律及横向推力控制律；首先设计纵向推力控制律，设纵向速度与期望纵向速度的误差ue为：式中， 为速度观测器对纵向速度u的观测值，aud为纵向速度的虚拟控制律；

设计关于纵向速度误差的积分型滑模面s1：式中，μ1＞0为常数；

为了进一步求取纵向推力控制律，对式(13)进行求导，并结合式(1)得：式中， 为观测器对速度u、v、r的估计值，τu为纵向推力的实际控制律， 为虚拟控制律aud经过指令滤波器的输出值，m11、m22、d11分别为式(1)中附加质量的惯性矩阵M及阻尼矩阵D中的系数；

进而，由式(14)及式(8)得纵向推力控制律τu为：式中，λ1＞0； 为式(8)中干扰观测器对纵向扰动的观测补偿值；

其次设计横向推力控制律，设横向速度与期望横向速度的误差ve为：式中，为速度观测器对横向速度v的观测值，avd为横向速度的虚拟控制律；

由于无人潜航器的动力系统为欠驱动系统，没有横向方向的推力输出，要求出转向力矩τr，设计如下线性滑模面s2：式中，μ2＞0为常数；

为了进一步求取横向推力控制律，对式(17)关于时间求导得：式中， 为虚拟控制律avd经过指令滤波器的一阶导输出值， 为虚拟控制律avd经过指令滤波器的二阶导输出值；同时结合式(1)有：式中， 为观测器对速度u、v、r的估计值，τr为横向方向力矩的实际控制律，m11、m22、m33、d22、d33分别为式(1)中附加质量的惯性矩阵M及阻尼矩阵D中的系数；结合式(19)与式(1)，式(18)可表示为：由式(20)结合式(8)得横向推力控制律τr为：式中，λ2＞0； 为式(8)中干扰观测器对横向扰动的观测补偿值。